生醫材料

皮質骨(楊氏模數20 GPa)與截面積相同的Ti-6Al-4V(楊氏模數110 GPa)的棒平行接合,沿長度方向一起承受拉伸荷重。兩者的應變相等時,全部荷重中由骨承受的比例最接近下列何者?

  1. A約85%
  2. B約18%
  3. C約15%
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正確答案:C. 約15%

應變ε相等,因此各自的應力與楊氏模數成正比(σ = Eε),截面積也相等,所以荷重比為 20 : 110。骨的分擔為 20/(20 + 110) ≈ 0.154,即約15%。原本只由骨承受的荷重,約85%改由植體代為承受,因此對骨的刺激大幅減少,發生應力遮蔽。約85%是植體承受的比例,約18%是把楊氏模數比 20/110 直接當成比例的值。若改用楊氏模數約55 GPa的β型鈦合金,骨的分擔增加為 20/75 ≈ 27%。實際的骨與股骨柄形狀複雜,但楊氏模數的差異決定荷重分擔的觀念是相同的。

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